近日，英国物理学会主办的Physics World正式公布“2025年度十大科学突破”榜单，中国科学院大学（以下简称“国科大”）博士生导师、中国科学院物理研究所研究员张广宇团队主导的“首例二维金属制备”成果成功入选，这也是本年度唯一入选的中国成果。
2025年3月，相关研究成果以“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”为题发表于Nature，便迅速引发全球学界与媒体高度关注。国科大博士毕业生赵交交（培养单位：中国科学院物理研究所）为第一作者。国科大博士生导师、中国科学院物理研究所研究员张广宇和特聘研究员杜罗军为共同通讯作者。
张广宇（左二）和赵交交（左一）等团队成员在实验
赵交交（左二）和团队成员在实验
在科幻小说《三体》中，三体人通过将肉眼看不到的质子展开为二维平面，再蚀刻电路，便形成了一台超级计算机“智子”，成功锁死了人类科技的进步。这一设定虽然更多基于天马行空的幻想，但其中关于物质“二维展开”的思路引发了人们的无限想象。
自2004年石墨烯被发现并开启二维新纪元以来，全球科学家已制备出数百种二维材料，理论预测更是接近2000种，但这些材料均局限于层状体系——类似“千层饼”的结构通过弱范德华力结合，可通过机械剥离等方式获得单层。而占元素周期表约80%的金属，因具有非层状结构、强金属键及高对称性，如同“压缩饼干”般难以拆分，原子级薄的二维金属长期被学界认为是“不可能完成的任务”，成为二维材料领域长期存在的重大空白。
为攻克这一难题，张广宇团队历时多年攻关，独创“原子制造的范德华挤压技术”，利用团队自主研发的原子级平整单层二硫化钼作为“范德华压砧”，实现了埃米级极限厚度下二维金属的普适制备，成功获得铋（6.3Å）、锡（5.8Å）、铅（7.5Å）、铟（8.4Å）和镓（9.2Å）五种二维金属。这些材料的厚度仅为头发丝直径的二十万分之一、A4纸厚度的百万分之一。这是国际上首次实现大面积二维金属材料的制备，开创了二维金属研究的新领域。
这项技术突破带来了多重核心优势：制备的二维金属具有超1年无性能退化的环境稳定性，且拥有非成键界面，为探索材料本征特性奠定基础；电学测试显示，单层铋的室温电导率达9.0×106S/m，较块体铋提升一个数量级以上，还展现出独特的P型电场效应，电阻可通过栅压调控35%（超块体金属<1%）；技术更能以原子精度控制二维金属厚度（单层、双层或三层），为研究新奇层赝自旋特性提供了全新平台。
单层铋的原子结构单层铋的原子结构
与层数相关的特性
“这一突破不仅填补了二维材料家族的关键拼图，更开辟了全新研究领域。”杜罗军指出，二维金属有望衍生出量子霍尔效应、二维超导等宏观量子现象，为低功耗晶体管、高频器件、超灵敏探测等技术革新提供核心材料。元素周期表有88种金属元素，目前实现的5种仅仅只是“冰山一角”，加上二元及多元合金，未来尚有上万种二维金属材料待探索，为该领域留下广阔空间。
Physics World“年度十大科学突破”以学术权威性著称，入选成果需满足“科学意义重大、推动知识边界、理论与实验紧密结合、引发全球物理学家广泛关注”四大核心标准。张广宇团队的成果凭借对材料科学的颠覆性贡献、独创技术的普适价值及广阔应用前景，成功跻身榜单，标志着我国在二维金属领域已占据国际领先地位，为该领域贴上“中国标签”。
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